气候变化与植物生态位变化的关系

从两万年前最后一次冰期到现在，地球经历了剧烈的气候变化。物种的地理分布格局在气候变化的影响下，也发生了剧烈的改变。然而，由于扩散路径堵塞、其它物种阻碍等因素的影响，物种并不能百分之百追踪气候变化。这种情况下，物种的气候生态位会发生改变，弥补物种追踪气候变化能力的不足。气候模型预测，未来一百年内，全球将持续经历比过去两万年更剧烈的气候变化。物种如何追踪气候变化？气候变化影响下，物种的生态位和地理分布如何相互影响？了解这些问题，对于应对全球未来气候变化、保护生物多样性、保护珍稀和濒危物种，具有重要的意义。

中山大学生态学院副教授王玥联合美国佐治亚理工学院Jenny McGuire团队提出“气候黏性”（Climate Fidelity）以衡量物种追踪气候变化的能力。气候黏性定量计算去除背景环境气候变化影响下的物种生态位的变化程度：高气候黏性的物种，即使气候变化剧烈，物种也能保持生态位稳定，即时追踪气候变化；低气候黏性的物种，尽管气候变化程度微弱，物种也很难追踪气候变化，反而通过改变其生态位来适应新的气候。该研究利用全球古生态数据库Neotoma Database的花粉数据，分析了北美地区最后一次冰期（两万年）以来16个属/科植物的气候黏性和生态位的变化。

研究成果以“Plants maintain climate fidelity in the face of dynamic climate change”为题发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS，全文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201946119）。王玥副教授为独立第一作者和通讯作者，原美国佐治亚理工学院博士后Silvia Pineda-Munoz、美国佐治亚理工学院助理教授Jenny McGuire为共同作者，中山大学生态学院为第一单位。

图 1气候黏性示意图。研究分析了过去两万年五个年代区间的植物的生态位的变化，颜色斑块为不同时期植物的生态位，线块为该时期的背景气候特征。示意图以白蜡树属（Fraxinus）为例。

研究发现，即使是在剧烈的气候变化下，75%的植物展现出了高气候黏性和稳定的生态位，说明植物普遍具有较好的追踪气候变化的能力。榆属、山毛榉属、白蜡树属、桦属植物的气候黏性较低，推测原因是发生在距今8000-5000年前的病虫灾害影响了这几种植物的扩散和分布区的扩张。研究还发现，扩散能力强、扩散距离远的植物，生态位更稳定，气候黏性更强。这一点特征在距今18000-10000年前气候剧烈变化的时候表现得更为明显。

图 2 物种的扩散距离与生态位变化。绿色代表了扩散距离远、扩散能力强的植物种类，红色代表了扩散距离近、扩散能力弱的植物种类。可以看到，扩散能力强的植物，生态位变化程度小，生态位更稳定，气候黏性更强。这一点在冰消期（18000-10000年前）气温迅速上升的时期尤为明显。

研究结果也暗示，现代北美地区，气候黏性较强的植物多集中在地形复杂、微气候异质性高、但是地理连通性差的地区。这对物种来说是件好事情：多样化的微气候环境方便植物近距离扩散到适宜的生存环境。但是，一旦气候变化程度超过了当地所容纳的气候环境阈值，较差的地理连通性意味着植物很难从本地扩散到其它地区。文章也提醒保护生物学家应对这些地区多加重视，适当地采取措施以帮助物种在这些地区扩散。

图 3 气候黏性的地理分布。相比低气候黏性的地区，高气候黏性的地区（climate fidelity hotspots）气候弹性更高，即地形更为复杂、微气候环境更为多样。但是，高气候黏性的地区同时也展现了更低的地理连通性。保护生态学家应对这些地区多加警惕，留意在未来气候变化影响下，当地的植物是否需要额外的帮助以扩散到适宜的气候环境。

【作者简介】

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邮箱：wangyue25@mail.sysu.edu.cn

王玥，中山大学生态学院副教授。研究领域为第四纪生态学、生物地理学。研究内容为气候变化影响下生物和生态系统的分布和变化，特别是长时间（冰期-间冰期，两万年）、大空间范围内生物多样性和地理环境特征的分布和变化。研究方法包括实验（孢粉、沉积物炭屑、植物化石、沉积物烧失量，等）、模型（物种分布模型、植被机制模型、动物机制模型，等）和大数据分析。